城市軌道交通系統(tǒng)開行“短列”可行性分析


提　要: 分析我國城市軌道交通系統(tǒng)客流特點(diǎn), 以及非高峰運(yùn)營時(shí)段列車運(yùn)行的虛糜現(xiàn)象, 論證開行編掛輛數(shù)少的“短列”的可行性和經(jīng)濟(jì)效益。關(guān)鍵詞: 城市軌道交通; 行車組織; 短列; 可行性分析

1　概述
我國是一個人口眾多的國家, 隨著國民經(jīng)濟(jì)蓬勃發(fā)展, 各地城市化在加速發(fā)展, 城市人口和車輛急速增長, 致使城市道路交通堵塞日趨嚴(yán)重, 加重了城市空氣污染。為解決這些問題, 貫徹執(zhí)行“ 公交優(yōu)先”的政策, 大力發(fā)展快速、安全、潔凈、準(zhǔn)時(shí)的大容量城市軌道交通系統(tǒng)已成為社會各界的共識。近年來, 北京、上海、廣州等城市先后建成“ 復(fù)八”線、上海一號線、上海二號線、上海明珠線及廣州一號線, 其它地鐵項(xiàng)目仍在建設(shè)中。此外, 天津、深圳、武漢、大連、長春、成都、西安等許多城市的城市軌道交通項(xiàng)目在建設(shè)和規(guī)劃之中。由于城市軌道交通項(xiàng)目社會效益顯著、投資大、投資回報(bào)周期長等特點(diǎn), 籌集建設(shè)項(xiàng)目建設(shè)基金困難, 這是影響城市軌道交通建設(shè)發(fā)展的主要因素。如何降低工程造價(jià)、降低地鐵運(yùn)營成本、提高項(xiàng)目的投資效益、更好地融資建設(shè)城市軌道交通項(xiàng)目, 目前已成為地鐵建設(shè)研究的重點(diǎn)。本文通過分析城市軌道交通客流特點(diǎn), 提出在非高峰運(yùn)營時(shí)段開行“ 短列”編組的列車方案, 克服列車運(yùn)行虛糜現(xiàn)象、減少列車牽引能耗、降低列車運(yùn)營成本, 從而提高建設(shè)項(xiàng)目運(yùn)營的經(jīng)濟(jì)效益、提高建設(shè)項(xiàng)目的融資能力。
2　地鐵客流的特點(diǎn)及現(xiàn)行的運(yùn)行組織
1.2. 1　客流的特點(diǎn)
2.2. 1. 1　日客流的特點(diǎn)

城市軌道交通系統(tǒng)每日的客流同沿線居住小區(qū)人口數(shù)量、居民出行強(qiáng)度、沿線道路交通情況所導(dǎo)致交通方式的分擔(dān)比例、土地使用開發(fā)規(guī)劃, 以及沿線政治、經(jīng)濟(jì)、文化設(shè)施的分布相關(guān)。不同的城市, 不用的線路, 產(chǎn)生的日客流量也不同。但是, 相同的工作時(shí)間、相似的作息時(shí)間和生活方式, 使得各個城市軌道交通系統(tǒng)日客流量的時(shí)間分布比例基本相同, 其特點(diǎn)如下:
(1) 雙高峰客流
我國城市居民出行產(chǎn)生的原因有上班、上學(xué)、出差、購物和娛樂等, 其中主要客流是由上班和上學(xué)產(chǎn)生的。由于我國各大城市居民上班、上學(xué)的時(shí)間都是早晨7: 30～ 8: 00, 中午絕大多數(shù)單位和企業(yè)的休息時(shí)間為1h 至1. 5h, 通常居民中午不回家, 在單位就餐, 下午5: 00～ 5: 30 下班。因此, 產(chǎn)生全日兩大高峰客流時(shí)段, 第一次高峰產(chǎn)生在早晨上班時(shí)刻的前后各兩個小時(shí), 第二次高峰在下午下班時(shí)刻的前后兩小時(shí)。第一次客流高峰時(shí)段的客流, 因居民出行集中, 產(chǎn)生全日最大高峰客流, 經(jīng)我國各大城市統(tǒng)計(jì), 最大單位小時(shí)客流占全日客流的15%～ 20% ; 第二次高峰客流時(shí)段因各單位工作性質(zhì)不同, 居民外出購物、娛樂等原因, 居民回家產(chǎn)生的客流較第一次離散度大, 產(chǎn)生的單位小時(shí)高峰客流沒有早晨的高。

(2) 平峰客流和低谷客流
在第一次高峰和第二次高峰之間的客運(yùn)時(shí)段, 除下午1: 00～ 2: 00 時(shí)段產(chǎn)生部分近距離的居民上班客流, 客流有所回升外, 其它時(shí)段沒有上班和上學(xué)的客流, 產(chǎn)生的客流主要有居民購物、出差、旅游及娛樂等, 其特點(diǎn)是客流平穩(wěn), 通常單位小時(shí)客流在全日客流的4% 左右。
在城市軌道交通運(yùn)營的第一個小時(shí)及全日第二個高峰后的4 個小時(shí)的運(yùn)營時(shí)段, 由于時(shí)間太早或偏晚, 客流稀少, 單位小時(shí)客流量占全日客流量的2% 左右, 全日運(yùn)營時(shí)段客流占全日客流比率詳見下圖:

圖1　
2. 1. 2　初、近期客流的特點(diǎn)
城市軌道交通系統(tǒng)建設(shè)的設(shè)計(jì)年限分初期、近期和遠(yuǎn)期, 初期為建成通車后第3 年, 近期為第10 年, 遠(yuǎn)期為第25 年。區(qū)間通過能力、車站的形式和規(guī)模、通風(fēng)系統(tǒng)及牽引供電系統(tǒng)按遠(yuǎn)期高峰客流要求設(shè)計(jì)。車輛按初期要求購置, 近期、遠(yuǎn)期根據(jù)運(yùn)量增加。由于客流預(yù)測的不確定性和城市軌道交通系統(tǒng)客流變化的客觀規(guī)律, 初期和近期的實(shí)際客流較預(yù)測客流往往相差很大, 有的項(xiàng)目經(jīng)運(yùn)營后調(diào)查預(yù)測與實(shí)際值相差50% 以上, 遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)的運(yùn)量, 這樣按照原設(shè)計(jì)的編掛輛數(shù)運(yùn)營, 列車在非高峰時(shí)段運(yùn)行時(shí), 每輛車所乘載的乘客很少, 列車虛糜現(xiàn)象突出。
2. 2　現(xiàn)行的行車組織
目前設(shè)計(jì)實(shí)施的行車組織計(jì)劃是根據(jù)日客流分布時(shí)段的客流量, 計(jì)算開行相應(yīng)的列車對數(shù), 全線按照日單位小時(shí)最大客流量配屬車輛運(yùn)營車數(shù), 當(dāng)每天城市軌道交通系統(tǒng)運(yùn)營到非高峰時(shí)段, 將列車從運(yùn)營線路上退下來, 撤到車輛段中進(jìn)行修理和停放。當(dāng)客流量下降到一定值時(shí), 配屬的列車編掛輛數(shù)不變, 車上乘客很少, 列車就會出現(xiàn)運(yùn)行虛糜的現(xiàn)象。在這種情況下, 行車組織設(shè)計(jì)有兩種方案, 其優(yōu)缺點(diǎn)如下:
(1) 減少列車對數(shù)
當(dāng)客流量降到一定值時(shí), 為了減少列車虛糜, 減少列車開行對數(shù), 加大列車開行的間隔, 例如每小時(shí)開行2 對～ 3 對。此運(yùn)行方案的優(yōu)點(diǎn)是減少列車運(yùn)行虛糜, 但減少列車對數(shù), 增加了乘客的侯車時(shí)間, 降低了整個運(yùn)營系統(tǒng)的服務(wù)質(zhì)量。
(2) 開行最低列車對數(shù)

另一種運(yùn)營方案, 也是現(xiàn)行的列車開行方案, 是在全日非高峰運(yùn)營時(shí)段, 開行最低列車對數(shù), 將列車的最大間隔定為10m in 或12m in, 也就是每小時(shí)開行6 對或5 對列車。此運(yùn)行方案是確保了整個系統(tǒng)的服務(wù)質(zhì)量, 但由于列車編掛輛數(shù)不變, 車輛的空載率很高, 相當(dāng)于部分車輛在無效地運(yùn)行, 增加了城市軌道交通系統(tǒng)的運(yùn)營能耗。
如果在非高峰運(yùn)營時(shí)段開行編掛輛數(shù)少的“ 短列”, 就可以實(shí)現(xiàn)開行最低列車對數(shù), 保證列車的最大間隔時(shí)間不超過合理的時(shí)間10m in 或12m in, 確保整個系統(tǒng)的服務(wù)質(zhì)量。同時(shí), 減少編掛輛數(shù)的列車, 又不存在車輛運(yùn)行的現(xiàn)象, 降低系統(tǒng)的運(yùn)營能耗。
3　開行“短列”的必要性及經(jīng)濟(jì)性
3. 1　節(jié)約能源降低運(yùn)營成本
城市軌道交通系統(tǒng)列車的牽引能耗與系統(tǒng)的線路特性、每日的開行列車對數(shù)、列車的編掛輛數(shù)、車輛特性和客流量等因素有關(guān)。不同的線路, 其噸公里耗能也不相同, 以鐵一院設(shè)計(jì)的某城市軌道交通系統(tǒng)為例, 初期為60 對、近期有48 對、遠(yuǎn)期有30 對車可行“ 短列”, 初期每年可節(jié)約電費(fèi)143 萬元, 近期節(jié)約115 萬元, 遠(yuǎn)期節(jié)約71 萬元。在30 年的車輛壽命期內(nèi), 全線可節(jié)約電費(fèi)2 660 萬元, 如果線路運(yùn)營里程長, 其節(jié)約的費(fèi)用將更加可觀。
3. 2　減少車輛走行距離, 減少維修次數(shù)
由于采用了編掛輛數(shù)少的“ 短列”, 提高了車輛的使用效率, 同現(xiàn)有運(yùn)營方案比較, 減少了車輛的走行距離, 按車輛30 年的使用壽命計(jì)算, 仍以上述某城市為例, 全線可節(jié)約走行公里543. 12 km, 減少5 個大修和架修, 以及相應(yīng)的定修和月修工作量。
3. 3　增加車輛維修時(shí)間
由于線路上運(yùn)行的“ 短列”是通常列車一列分解成兩列或兩列分解成三列的, 這樣原來在線路上運(yùn)行的其它車輛就可以更多地從線路上退下來, 從而增加了車輛的維修及非運(yùn)營時(shí)間, 便于車輛段組織維修整個系統(tǒng)的車輛。
3. 4　高峰時(shí)段充分利用遠(yuǎn)期運(yùn)能
對于初期、近期編掛輛數(shù)為6 輛, 遠(yuǎn)期編掛輛數(shù)為8 輛的城市, 因車站和牽引設(shè)施是按照遠(yuǎn)期客流及編掛輛數(shù)設(shè)計(jì)的, 還可開行編掛4 輛的“ 短列”, 高峰小時(shí)客流時(shí)段, 可合二為一, 組成編掛輛數(shù)為8 輛的列車。充分利用遠(yuǎn)期運(yùn)能, 滿足高峰小時(shí)客流對運(yùn)力的要求, 減少高峰小時(shí)客流時(shí)段的列車對數(shù)。
4　開行“短列”的可行性
4. 1　車輛選型的可行性
目前, 我國絕大部分城市軌道交通系統(tǒng)都是采用6 輛編組, 根據(jù)不同的線路情況, 列車編組有動拖結(jié)合的單元式編組和拖動動相結(jié)合的編組。前者可采用兩列6 輛編組的列車改編成三列4 輛編組“ 短列”; 后者可采用一列6 輛編組的列車分解成兩列3 輛編組的列車。兩種方案均需在原編組列車中, 增加兩輛帶司機(jī)室的車輛, 增加司機(jī)室, 對于車輛牽引動力及控制系統(tǒng)不產(chǎn)生影響, 只增加部分儀表和控制元件, 國內(nèi)有成熟的技術(shù), 在一次性購車時(shí), 增加上述部分, 對車輛購置費(fèi)影響不會很大。對于列車解編使用的自動車鉤, 目前車輛上都使用了自動車鉤, 完全能夠滿足技術(shù)要求, 在購車時(shí)車輛購置費(fèi)不會增加。
4. 2　運(yùn)行方案的可行性及實(shí)施方案
“ 短列”列車在早晨投入運(yùn)營以后, 當(dāng)列車運(yùn)營至高峰客流時(shí)段, 二合一的列車可直接在折返線上連接, 變成大列投入高峰運(yùn)營, 三列合成二列的列車返回到車輛段進(jìn)行連接作業(yè), 再投入到高峰客流的運(yùn)營, 待高峰客流運(yùn)營完成以后, 一列分成二列的分解作業(yè)可在折返線上完成, 二列分解成三列的作業(yè)可返回到車輛段完成。在下午的高峰運(yùn)營時(shí), 當(dāng)客流量不需要“ 短列”合成大列時(shí),“ 短列”車可返回車輛段進(jìn)行檢查維修, 再投入到晚間非高峰時(shí)段的運(yùn)營; 當(dāng)需要合面大列時(shí), 仍可按上述方法進(jìn)行連接, 第二次高峰客流運(yùn)營后, 再分解投入到晚間的非高峰時(shí)段的運(yùn)營, 待夜間收車后, 返回車輛段進(jìn)行檢查和維修, 以保證第二天的正常運(yùn)營。
為保證上述運(yùn)營方案能夠可靠的實(shí)施, 需要有6 對“ 短列”投入運(yùn)營, 即需要2 對或3 對的大列。考慮到檢修, 實(shí)際需要3～ 4 對的可分解的大列列車。
通過上述的分析, 在行車組織上, 開行“ 短列”是可行的, 能夠滿足全天乘客運(yùn)輸?shù)囊蟆Ｐ陆ǔ鞘熊壍澜煌ㄏ到y(tǒng)時(shí), 可在初期購車時(shí), 購買帶駕駛室且可分解的列車。在既有城市軌道交通線上實(shí)施時(shí), 可在客流增長需要購買新車時(shí)實(shí)施, 也可在舊車需要更新時(shí)實(shí)施。
5　需要研究的問題
當(dāng)城市軌道交通系統(tǒng)采用自動駕駛A TO 系統(tǒng)時(shí), 需要處理軌邊設(shè)備和列車上的設(shè)備接口問題。在大列變成“ 短列”時(shí), 應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場情況, 確定是否需要改變或確定改變的數(shù)據(jù)。
6　結(jié)論及建議
通過上述分析, 在我國城市軌道交通系統(tǒng)中非高峰時(shí)段, 開行“ 短列”列車是可行的, 能夠滿足運(yùn)輸乘客的要求, 該方案可以應(yīng)用在現(xiàn)有城市軌道交通系統(tǒng)中, 也可以在新建項(xiàng)目上實(shí)施。建議城市軌道交通系統(tǒng)的管理部門給予重視和研究, 開行“ 短列”的經(jīng)濟(jì)效益是顯著的。